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CN116169016A - 一种使用peald生长薄膜时减小对衬底的损伤方法 - Google Patents

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CN116169016A
CN116169016A CN202310055507.6A CN202310055507A CN116169016A CN 116169016 A CN116169016 A CN 116169016A CN 202310055507 A CN202310055507 A CN 202310055507A CN 116169016 A CN116169016 A CN 116169016A
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peald
plasma
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reducing damage
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邱洪宇
郑新和
卫会云
仇鹏
刘恒
杨晋
田丰
朱晓丽
胡玉玉
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University of Science and Technology Beijing USTB
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Abstract

本发明公开了一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，属于无机材料领域。首先对所选衬底进行清洗以去除表面污染和氧化物；之后将清洗过的衬底立刻放入PEALD反应腔内，待温度达到沉积温度后，至少保持20分钟让温度达到稳定；最后，在外延需要等离子体的氮化物薄膜之前，先外延一层不采用等离子体源的氧化物薄膜，形成保护层，该保护层一方面可以有效的避免等离子体对衬底的损伤，使腔室压强维持稳定，有利于改善外延薄膜和衬底之间的界面质量；另一方面，对于器件来说，氧化物通常作为High k材料用于栅介质层，可有效减小泄漏电流，使器件性能得到进一步提升。

Description

一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，涉及一种等离子体增强原子层沉积技术，具体涉及一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法。
背景技术
随着微电子领域的高速发展，传统的Si功率器件的性能和尺寸已接近理论极限，很难继续向高速领域发展。以GaAs、GaN、SiC等为主要代表的Ⅲ-Ⅴ化合物半导体由于具有较高的电子迁移率、较大的带隙和较高的击穿场强、耐高温等特性正逐步取代硅基材料，广泛应用在通信、高频、大功率微波器件等领域。
外延Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体常用的方法有MOCVD、MBE等。但上述方法沉积薄膜时通常需要较高的温度(超过800℃)，高温沉积主要有以下缺点：1.沉积温度过高不利于精确控制膜厚，这对微电子器件来说至关重要；2.在较高的沉积温度冷却时，若衬底与外延薄膜的热膨胀系数不同，会使薄膜内部产生较大的双轴应力和开裂，影响器件的性能；3.高温沉积会造成诸如GaAs等衬底的分解；4.柔性衬底材料如聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯对苯二甲酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、Kapton、石墨烯等均可用于光电子器件的制备，但高温沉积与对温度敏感的器件层和柔性基板的器件应用不兼容，限制器件的进一步应用。
原子层沉积技术作为一种低温外延薄膜技术引发人们广泛关注。ALD是通过将气相前驱体交替地通入反应室并在沉积基体表面发生气-固化学反应逐层形成薄膜的方法。ALD通常由A、B两个半反应序列组成，具有表面自限制的特点，采用ALD沉积的薄膜具有精确的膜厚控制、优异的三维共形性、大面积的均匀性、低的生长温度等优点。随着微电子和深亚微米芯片器件的尺寸不断降低，器件深宽比不断增加，所使用材料的厚度降低至几个纳米，使ALD的优势得以展现。2007年，英特尔推出了第一款45nm由ALD制备的栅介电层的高频微处理器。迄今为止，诸如TaSiOx、HfO2、Al2O3等材料已经被ALD成功的用于Ⅲ-Ⅴ化合物的高K电介质。
ALD按反应类型可分为热ALD、PEALD两种，不同于传统的热ALD，PEALD采用高能量、高活性的等离子体作为前驱体，常用的等离子体气体有O2、N2、NH3、H2、Ar等，以此生长氧化物、氮化物、化合物半导体等。
在半导体制作领域，等离子体被广泛的应用在沉积薄膜、刻蚀工艺、离子注入、光刻胶的去除等工艺中。气体在射频源的解离下形成等离子体并在加速电场的作用下对待处理材料进行物理轰击和化学刻蚀。等离子体主要由高能电子和原子核组成离子浆，其中，当利用等离子体对某一材料进行处理时，等离子体活性粒子会吸附在该材料上，当聚集的等离子体电荷越来越多时，会形成等离子体电流，容易产生等离子引入损伤(Plasma InducedDamage，PID)。
由此，当等离子体直接作用在衬底上时，有如下缺点：1.发生不期望的副反应：当衬底接触到高活性的等离子体时可能会发生表面氧化和氮化。2.对衬底造成撞击损伤：高能粒子撞击衬底表面时，会导致化学键的断裂、原子置换以及表面的电荷积累，造成半导体器件电学性能的退化。3.辐射损伤：等离子体中大量的电子对表面进行撞击时会活化反应过程中的原子或分子，使得粒子变成激发状态，当不稳定的激发粒子再回到基态时，会以电磁辐射的方式释放能量，该能量高达10eV，如此高的能量会激发氮化物、氧化物等材料的电子跃迁，导致在薄膜中形成较多的缺陷。
对于衬底来说，很容易在衬底表面形成电荷的积累，造成半导体器件电学性能的退化。对于器件来说，采用等离子体对器件的栅介质层进行刻蚀时会导致等离子体电荷不均匀的分布在很薄的栅介质层或金属层上，当电荷聚集够多时，将会导致栅介质层和衬底之间出现电势差，进而形成泄漏电流。随着MOS晶体管尺寸的减小，这些电荷会进一步增加，严重影响MOS晶体管性能，使器件甚至整个芯片的可靠性和寿命严重降低。
为解决上述问题，本发明在于提供一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法。该方法指出在采用等离子体源外延薄膜前，先外延一层不采用等离子体源的氧化物薄膜，形成保护层，该保护层一方面可以有效的避免等离子体对衬底的损伤，使腔室压强维持稳定，有利于改善外延薄膜和衬底之间的界面质量；另一方面，对于器件来说，氧化物通常作为High k材料用于栅介质层，可有效减小泄漏电流，使器件性能得到进一步提升。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，用以解决在PEALD沉积薄膜时等离子体对衬底的损伤、衬底和外延薄膜界面质量差、电学性能差等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明所述的一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其包括以下步骤：
1)将衬底放在聚四氟乙烯支架上进行标准化清洗流程；
2)将清洗后的衬底迅速放入等离子体增强原子层沉积的反应腔内，待温度达到沉积温度后，至少保持20分钟让温度达到稳定；
3)选取不采用等离子体的H2O源/O3源和金属源在200-300℃下沉积氧化物薄膜；
4)选取等离子体源和金属源在200-350℃下沉积氮化物薄膜。
可选地，所述步骤1)中步骤1)中衬底包括但不限于GaAs衬底和柔性衬底，柔性衬底包括聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯对苯二甲酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、Kapton、石墨烯、二维模板等。
在外延半导体薄膜常用的衬底中，GaAs衬底易解离，易刻蚀，电子迁移率大；柔性衬底如Kapton具备优良的力学、介电、耐辐射和耐溶剂等性能；石墨烯具有超薄、透明、柔性、高迁移率等优点，非常符合微电子学的发展趋势；但该类衬底都易受等离子体撞击的损伤，2013年，Harish C.Barshilia等人报道了利用Ar+O2等离子体处理可导致Kapton衬底的化学键断裂；2018年，Petro Deminskyi等人报道了N2等离子体或者N2/H2等离子体可对石墨烯衬底造成损伤。2021年，Dan Fang等人采用NH3等离子体处理GaAs衬底发现其表面粗糙度随等离子体功率的增大而增大。
随着微电子领域的高速发展，CMOS器件尺寸需要不断缩小以满足大规模集成。GaAs衬底具有较大的禁带宽度、高击穿电场和高电子迁移率，成为制备高频高速器件的不二之选。但GaAs衬底表面存在Ga2O3、As2O5等天然氧化层，该氧化层结构疏松，稳定性差，使得GaAs和氧化物界面有很高的界面态密度，导致严重的费米能级钉扎效应。当采用GaAs作为衬底外延High k栅介质层或者其他薄膜时，高能量的等离子体轰击GaAs衬底易使Ga-As键断裂，造成衬底的损伤，使腔室压强上升，不利于外延高质量的薄膜以及MOS器件的制备。
可选地，所述步骤1)中GaAs衬底的清洗步骤为：将GaAs衬底依次放入丙酮、酒精、去离子水中超声3-10分钟，以去除表面油污和有机物；之后将GaAs衬底放入HF水溶液(HF:去离子水＝1:10)中浸泡2-5分钟，以去除表面氧化物。将清洗后的衬底放入20-26％重量比的(NH4)2S水溶液中浸泡10-40分钟，以去除GaAs表面的氧化物，最后用大量去离子水冲洗样品并用N2吹干。
可选地，所述步骤2)中沉积温度在200-350℃。
可选地，所述步骤3)金属源包括TMG、TEG、TMA、TDMAH、BDEAS中的一种；所沉积的氧化物薄膜包括但不限于Ga2O3、Al2O3、HfO2、SiO2等。
可选地，所述步骤4)中等离子体源包括N2等离子体、NH3等离子体源、N2/H2/Ar等离子体中的一种，所沉积的氮化物薄膜包括但不限于GaN、AlN、InN、Si3N4等。
可选地，所述步骤3)中H2O源的脉冲时间在0.1-0.3s，金属源的脉冲时间在0.1-0.5s，选取惰性气体如氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)等作为载气在每次脉冲结束后冲掉反应生成的副产物和多余的反应源。
可选地，步骤4)中等离子体功率为60-200W，金属源脉冲时间为0.1-0.5s，等离子体源的脉冲时间为25-40s，选取惰性气体如氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)等作为载气在每次脉冲结束后冲掉反应生成的副产物和多余的反应源。
可选地，步骤3)中所沉积的氧化物薄膜的ALD循环次数在10-50cycle。
可选地，步骤4)中所沉积的氮化物薄膜的PEALD循环次数在100-300cycle。
如上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用ALD技术外延薄膜，可以在较低温度下获得致密性、均匀性良好、厚度在埃米级别精确可控的薄膜，可广泛的用于沉积金属栅、栅介质层和互连线扩散阻挡层等工艺中。
(2)本发明在外延所需薄膜之前先沉积了不采用等离子体源的氧化层作为保护层，避免了等离子体和GaAs衬底的直接接触，不会导致Ga-As键断裂，提供了一个稳定的表面。对于GaAs基器件来说，外延的保护层可降低栅介质材料/GaAs衬底之间的界面态密度，降低费米能级钉扎效应，使器件电学性能得到进一步提升。
(3)当采用MOCVD、MBE等技术在柔性衬底上外延薄膜时，柔性衬底难以承受高温，通常采用在蓝宝石、Si衬底上外延后再转移至柔性衬底的方法，而采用ALD技术既避免了高温对柔性衬底伤害，也可大大避免薄膜转移导致成品率的下降，降低了生产成本。
附图说明
图1显示为本发明实施例的工艺流程图。
图2显示为本发明中在GaAs衬底上沉积Al2O3薄膜的脉冲示意图及结构图。
图3显示为本发明中在GaAs衬底上沉积AlN薄膜的脉冲示意图及结构图。
其中，10-GaAs衬底；20-Al2O3薄膜；30-AlN薄膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
图1为本发明使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法的工艺流程图，本实施例优选GaAs衬底10，所述工艺方法至少包括以下步骤：
清洗衬底：将GaAs衬底10依次放入丙酮、酒精、去离子水中超声3-10分钟，以去除表面油污和有机物，本实施例优选为5分钟；之后将GaAs衬底10放入HF水溶液(HF:去离子水＝1:10)中浸泡2-5分钟，以去除表面氧化物，本实施例优选为2分钟。将清洗后的衬底放入20-26％重量比的(NH4)2S水溶液中浸泡10-40分钟，以去除GaAs表面的氧化物，本实施例优选为20分钟；最后用大量去离子水冲洗样品并用N2吹干。
保护层薄膜生长：迅速将钝化后的GaAs衬底10放入等离子体增强原子层沉积的反应腔内，本实施例中优选取H2O源和TMA作为O源和Al源，沉积Al2O3薄膜20，如图2所示。具体生长参数如下：
反应腔的沉积温度：250℃；
TMA脉冲时间：0.1s；
H2O源时间：0.1s；
吹扫时间：30s；
沉积周期：50cycle。
载气的选取包括但不限于惰性气体如氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)等，本实施例中优选Ar作为载气，一方面，用来携带源进入反应室；另一方面，将未反应完的源和反应生成的副产物带出反应室。
等离子体薄膜生长：本实施例中优选TMA和Ar/N2/H2混合气分别作为Al源和等离子体N源，沉积AlN薄膜30，如图3所示，具体生长参数如下：
反应腔的沉积温度：250℃；
TMA脉冲时间：0.1s；
等离子体N源时间：30s；
吹扫时间：30s；
等离子体功率：70W；
沉积周期：100cycle。
在外延AlN薄膜之前外延Al2O3薄膜，降低了等离子体对GaAs衬底的损伤，维持了腔室压强的稳定，改善了栅介质和GaAs衬底之间的界面质量，有效的降低了费米能级钉扎效应，使GaAs基器件电学性能进一步提升。
实施例2
由于本实施例中的工艺流程与实施例一相同，只是所沉积的材料不同，为简化说明，工艺流程图仍如图1所示，所述工艺方法至少包括以下步骤：
清洗衬底：将GaAs衬底依次放入丙酮、酒精、去离子水中超声3-10分钟，以去除表面油污和有机物，本实施例优选为5分钟；之后将GaAs衬底放入HF水溶液(HF:去离子水＝1:10)中浸泡2-5分钟，以去除表面氧化物，本实施例优选为5分钟。将清洗后的衬底放入20-26％重量比的(NH4)2S水溶液中浸泡10-40分钟，以去除GaAs表面的氧化物，本实施例优选为30分钟；最后用大量去离子水冲洗样品并用N2吹干。
保护层薄膜生长：迅速将钝化后的GaAs衬底放入等离子体增强原子层沉积的反应腔内，本实施例中优选取H2O源和TMG作为O源和Ga源，沉积Ga2O3薄膜，具体生长参数如下：
反应腔的沉积温度：300℃；
TMG脉冲时间：0.1s；
H2O源时间：0.1s；
吹扫时间：30s；
沉积周期：50cycle。
等离子体生长薄膜：本实施例中优选TMG和Ar/N2/H2混合气分别作为Ga源和等离子体N源，沉积GaN薄膜，具体生长参数如下：
反应腔的沉积温度：300℃；
TMG脉冲时间：0.1s；
等离子体N源时间：30s；
吹扫时间：30s；
等离子体功率：100W；
沉积周期：200cycle。
本实施例与实施例1有相同的效果。
综上所述，本发明提供了一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，该方法首先对衬底进行了清洗和硫钝化，有效的去除了GaAs衬底表面的污染和氧化物，形成了稳定的界面；在外延III族氮化物薄膜之前先沉积了不需要等离子体源的Al2O3层，有效的降低了等离子体对衬底的损伤，可使沉积压强维持稳定，有利于改善栅介质和GaAs衬底之间的界面质量，有效的降低了费米能级钉扎效应，使GaAs基器件电学性能的进一步提升。此方法对柔性衬底等具有相同的效果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
上述2个实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明在任何形式上的限制，本领域技术人员根据本发明内容选用较佳的其他参数亦可达到本发明的目的。
以上所述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。应当指出，对本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案和实质的前提下对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，均属于本发明技术的范围内。

Claims (10)

1.一种使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将衬底放在聚四氟乙烯支架上进行标准化清洗流程；
2)将清洗后的衬底迅速放入等离子体增强原子层沉积的反应腔内，待温度达到沉积温度后，至少保持20分钟让温度达到稳定；
3)选取不采用等离子体的H2O源/O3源和金属源在200-300℃下沉积氧化物薄膜；
4)选取等离子体源和金属源在200-350℃下沉积氮化物薄膜。
2.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤1)中所述衬底包括但不限于GaAs衬底和柔性衬底，柔性衬底包括聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯对苯二甲酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、Kapton、石墨烯、二维模板。
3.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤1)中GaAs衬底的清洗步骤为：将GaAs衬底依次放入丙酮、酒精、去离子水中超声3-10分钟，以去除表面油污和有机物；之后将GaAs衬底放入HF水溶液(HF:去离子水＝1:10)中浸泡2-5分钟，以去除表面氧化物。将清洗后的衬底放入20-26％重量比的(NH4)2S水溶液中浸泡10-40分钟，以去除GaAs表面的氧化物，最后用大量去离子水冲洗样品并用N2吹干。
4.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤2)中所述沉积温度在200-350℃。
5.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤3)中所述金属源包括TMG、TEG、TMA、TDMAH、BDEAS中的一种；所沉积的薄膜包括但不限于Ga2O3、Al2O3、HfO2、SiO2。
6.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤4)中所述等离子体源包括N2等离子体、NH3等离子体源、N2/H2/Ar等离子体中的一种，所沉积的薄膜包括但不限于GaN、AlN、InN、Si3N4。
7.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤3)中所述H2O源的脉冲时间在0.1-0.3s，金属源的脉冲时间在0.1-0.5s，选取氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)作为载气在每次脉冲结束后冲掉反应生成的副产物和多余的反应源。
8.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤4)中所述等离子体功率为60-200W，金属源脉冲时间为0.1-0.5s，等离子体源的脉冲时间为25-40s，选取氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)作为载气在每次脉冲结束后冲掉反应生成的副产物和多余的反应源。
9.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤3)中所沉积的氧化物薄膜的ALD循环次数在10-50cycle。
10.根据权利要求1所述的使用PEALD生长薄膜时减小对衬底的损伤方法，其特征在于，所述步骤4)中所沉积的氮化物薄膜的PEALD循环次数在100-300cycle。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117534508A (zh) * 2023-11-20 2024-02-09 上海泽丰半导体科技有限公司 陶瓷粗化方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006257551A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Asm Internatl Nv Ａｌｄによる貴金属の促進された堆積
US20100193955A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Asm America, Inc. Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers
CN104066871A (zh) * 2012-01-27 2014-09-24 东京毅力科创株式会社 形成共形金属硅化物膜的方法
CN106756878A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 中国科学院微电子研究所 一种氧化物介质的原子层沉积方法
CN109055916A (zh) * 2018-08-30 2018-12-21 湘潭大学 一种peald低温制备铁电薄膜的方法及铁电薄膜
CN110651064A (zh) * 2017-05-16 2020-01-03 Asm Ip 控股有限公司 电介质上氧化物的选择性peald

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006257551A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Asm Internatl Nv Ａｌｄによる貴金属の促進された堆積
US20100193955A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Asm America, Inc. Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers
CN104066871A (zh) * 2012-01-27 2014-09-24 东京毅力科创株式会社 形成共形金属硅化物膜的方法
CN106756878A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 中国科学院微电子研究所 一种氧化物介质的原子层沉积方法
CN110651064A (zh) * 2017-05-16 2020-01-03 Asm Ip 控股有限公司 电介质上氧化物的选择性peald
CN109055916A (zh) * 2018-08-30 2018-12-21 湘潭大学 一种peald低温制备铁电薄膜的方法及铁电薄膜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117534508A (zh) * 2023-11-20 2024-02-09 上海泽丰半导体科技有限公司 陶瓷粗化方法

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